JP2015527548A

JP2015527548A - とりわけターボ機械用の遊星歯車減速機

Info

Publication number: JP2015527548A
Application number: JP2015529101A
Authority: JP
Inventors: フェロー，バンジャマン
Original assignee: イスパノ・シユイザ
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: BR112015004700B1; US20150252889A1; BR112015004700A2; RU2015112303A; RU2631726C2; CA2883999A1; WO2014037652A2; JP6334534B2; BR112015004700A8; EP2893221B1; CA2883999C; FR2995055A1; FR2995055B1; CN104603504B; US9404568B2; EP2893221A2; WO2014037652A3; CN104603504A

Abstract

本発明は、同軸の内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）を備える、とりわけターボ機械用の遊星歯車減速機に関し、内部太陽歯車（２）はその軸（Ｘ）を中心に回転可能であり、外部太陽歯車（３）は静止しており、少なくとも１つの遊星歯車（４）は遊星キャリア（６）上で回転して移動可能であるように装着され内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）の両方と噛み合い、遊星キャリア（６）は内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）の軸（Ｘ）を中心に旋回することが可能であり、遊星歯車（４）は、遊星キャリア（６）の円筒形表面を中心に回転して移動可能であるように装着された円筒形の内表面を有する。減速機（１）は、前記円筒形表面の間の境界面において油を供給するための改良された手段をさらに備える。

Description

本発明は、とりわけターボ機械用の遊星歯車減速機に関する。

遊星歯車減速機は従来、同軸の内部太陽歯車および外部太陽歯車を備え、内部太陽歯車はその軸を中心に回転可能であり、外部太陽歯車は静止しており、少なくとも１つの遊星歯車は遊星キャリア上で回転して移動可能であるように装着され内部太陽歯車および外部太陽歯車の両方と噛み合い、遊星キャリアは内部太陽歯車および外部太陽歯車の軸を中心に旋回することが可能である。入口は典型的には、「太陽」とも称される内部太陽歯車によって形成され、出口は遊星キャリアによって形成される。外遊星は軌道歯車とも称される。

ターボ機械において、遊星歯車減速機は特に、タービンの回転流量に関わらず、ファンロータの回転流量を減速させるための減速装置として使用される。

欧州特許第１７０３１７４号明細書はこのような遊星歯車減速機を記載しており、そこでは、遊星歯車を形成する鎖歯車がジャーナル軸受によって遊星キャリアのピボット上に装着されている。言い換えると、遊星キャリアは、遊星歯車の円筒形の孔の中に係合した円筒形のピボットを備える。減速装置は、前記円筒形表面の間の境界面において開口する油供給通路をさらに備える。作動時、焼き付きを防止するために、油の層が境界面に存在しなければならない。

ジャーナル軸受は全体的に、転動体を使用する軸受よりも重くなく、嵩張らず、信頼性が高い。ジャーナル軸受の耐用年数は、油が連続的に供給され油が研磨粒子を含まない限り、ほぼ無限である。

油供給回路における故障の場合、たとえばポンプ故障の場合、ジャーナル軸受への油の供給は、たとえば補助ポンプを始動させるのにまたはターボ機械を停止するのに十分長く維持されなければならない。この期間はたとえば数十秒になる。

このために、欧州特許第１７０３１７４号明細書は、遊星キャリア内のアキュムレータの形成を提供し、各アキュムレータは所与の持続時間にわたって故障の場合にジャーナル軸受に油を供給することが可能である。

このようなアキュムレータの構造およびその場所は、遊星キャリアの生産を困難にし、その寸法および質量を増加させる。

欧州特許第１７０３１７４号明細書

本発明はより具体的には、この問題に対する単純で効率的な費用効果の高い解決策を提供することを目的とする。

このために、本発明は、同軸の内部太陽歯車および外部太陽歯車を備える、特にターボ機械用の遊星歯車減速機にして、内部太陽歯車はその軸を中心に回転可能であり、外部太陽歯車は静止しており、少なくとも１つの遊星歯車は遊星キャリア上で回転して移動可能であるように装着され内部太陽歯車および外部太陽歯車の両方と噛み合い、遊星キャリアは内部太陽歯車および外部太陽歯車の軸を中心に旋回することが可能であり、遊星歯車は、遊星キャリアの円筒形表面の周りを回転して移動可能であるように装着された円筒形の内表面を有し、減速機は、前記円筒形表面の間の境界面に油を供給するための手段をさらに備える、遊星歯車減速機であって、油供給手段はチャンバを備え、チャンバは、遊星キャリア内に設けられ、油のバッファ容積を形成するように意図され、遊星キャリアの回転軸から離間したいわゆる下部域と、遊星キャリアの回転軸に近いいわゆる上部域と、前記境界面および上部域において開口する少なくとも１つの主要通路と、前記境界面および下部域において開口する少なくとも１つの二次通路とを有することを特徴とする遊星歯車減速機を提供する。

作動時、遠心力の効果の下で、チャンバ内に存在する油は半径方向外向きに押しやられる。したがって、遊星キャリア内に設けられたチャンバは、最初に遊星キャリアの回転軸から離間した下部領域内を満たし、次いで上部領域内を満たす。

通常作動時、すなわち油供給回路内に故障がない際、チャンバに入る油の流れは多く、このため油面は前記チャンバの上部領域に到達する。油は次いで、ジャーナル軸受に、すなわち遊星キャリアの円筒形表面と遊星歯車の円筒形表面との間の境界面に供給するために、主要通路を通って流出することができる。

そのサイズを考慮すると、二次通路は、通常作動時チャンバが満たされるように、すべての油を流れさせるものではないことに留意されたい。

故障の場合、チャンバに入る油の流れはゼロになり、チャンバ内の油量は減少し、もはや上部領域に到達しない：油はもはや主要通路を通って流出せず、二次通路のみを通って流出することができる。ジャーナル軸受に供給する油の流れはこのため減少するが、たとえば補助ポンプを始動させるのにまたはターボ機械を停止するのに必要な制限された期間にわたって、軸受の焼き付きを防止するのに十分である（ジャーナル軸受の劣化作動）。

本発明の一特徴によれば、チャンバは実質的に円筒形である。

二次通路の断面は、好ましくは主要通路の断面よりも小さい。

このような断面は、ジャーナル軸受の通常作動およびその劣化作動に必要とされる油流量に基づいて決定される。

本発明の一実施形態によれば、チャンバは少なくとも２つの部分を備え、部分は互いに対して軸方向にずらされ、チャンバの各部分の下部域において開口する少なくとも１つの連通孔によって一緒に接続されている。

この場合、チャンバの２つの部分は隔壁によって分離されていてもよく、隔壁は、両方の部分を接続し各部分の上部域において開口する孔を備え、主要通路は前記孔内に開口する。

本発明の別の特徴によれば、二次通路は、チャンバの最下点から半径方向に離れた点においてチャンバ内に開口する。

粒子がチャンバ内に放出されると、作動中、粒子はチャンバの最下点、すなわち遊星キャリアの回転軸から最も離れた点において遠心分離される。二次通路の開口が最下点に対してずらされているので、粒子はジャーナル軸受に運ばれずまたは二次通路を閉塞させない。

本発明の一実施形態によれば、二次通路は、チャンバの内壁に対して突起する領域においてチャンバ内に開口する。

減速機は有利には、チャンバの最下点から半径方向に離れた点において、遊星キャリアの回転軸を通る半径方向平面の両側に開口する少なくとも２つの二次通路を備える。

各二次通路は好ましくは、チャンバの部分内に開口する。

このため、機械が停止した状態でかつ遊星キャリアの位置に関わらず、チャンバの２つの部分は重力によって同時に空にされることはない。このため、機械を再始動させると、ある（わずかであっても）量の油がジャーナル軸受に供給するために利用可能である。

加えて、チャンバはこのため、チャンバの下部域に設けられた溝を備えてもよく、前記溝は互いから軸方向に離間した少なくとも上部域および少なくとも下部域を備え、溝の下部域は溝の上部域よりも遊星キャリアの回転軸から半径方向にさらに離れており、溝の前記下部域はチャンバ内の二次通路の開口から軸方向に離れている。

このため、溝は粒子トラップを形成し、粒子トラップは、作動時、粒子を捕捉し二次通路の開口から離れる方へ送ることを可能にする。実際のところ、作動時、粒子は最初に遠心分離によって溝内に捕捉され、次いで粒子は溝の最下域に、すなわち二次通路の開口から十分に離れた点に（やはり遠心分離によって）徐々に運ばれる。このため、機械を停止の後に再始動させる場合、粒子は二次通路に到達する前に溝内に再び捕捉され、このため二次通路の閉塞は回避される。

以下の添付図面を参照しながら、非限定例によって与えられる以下の説明を読むと、本発明はより良く理解され、本発明のその他の詳細、特徴、および利点は明らかとなる。

遊星歯車の概略正面図である。遊星歯車の運動図である。本発明による減速機の遊星キャリアおよび遊星歯車の一部の断面図である。図３の線Ａに沿った、遊星キャリアの一部の長手方向断面図である。図３の線Ｂに沿った、遊星キャリアの一部の長手方向断面図である。図３に実質的に対応し、本発明の別の実施形態を示す図である。図３に実質的に対応し、本発明の別の実施形態を示す図である。遊星キャリアの１つの停止位置における、二次通路の位置およびチャンバ内の油の残留量を概略的に示す図である。遊星キャリアの別の停止位置における、二次通路の位置およびチャンバ内の油の残留量を概略的に示す図である。二次通路が開口する突起域を備えるチャンバの部分の斜視図である。粒子を捕捉するために使用される溝を備えるチャンバの部分の長手方向断面の斜視図である。

図１および図２は、本発明による遊星歯車減速機１の構造を概略的に示す。遊星歯車減速機は従来、同軸の内部太陽歯車２（太陽とも称される）および外部太陽歯車３（軌道歯車とも称される）を備える。内部太陽歯車２はその軸を中心に回転して移動可能であり、外部太陽歯車３は静止している。減速機は、遊星キャリア６のピボット５上で回転して移動可能であるように装着された遊星歯車４をさらに備える。各遊星歯車４は、内部太陽歯車２および外部太陽歯車３の両方と噛み合う。遊星キャリア６は、内部太陽歯車２および外部太陽歯車３の軸Ｘを中心に旋回することが可能である。

入口は内部太陽歯車２によって形成され、出口は遊星キャリア６によって形成される。

ターボ機械において、遊星歯車減速機は特に、タービンの回転流量に関わらず、ファンロータの回転流量を減速させるための減速装置として使用される。図３から図５において最も良くわかるように、各遊星歯車４は、ジャーナル軸受を形成するように、遊星キャリア６に対応するピボット５の円筒形表面８を中心に旋回するように装着された円筒形の内表面７を含む。

したがって２つの円筒形表面７、８の間の境界面９には、油が供給されなければならない。このために、減速機１は、各ピボット５のＹ軸に沿って実質的に延在するチャンバ１０を備える供給手段を備え、チャンバ１０の少なくとも一方の端１１は、油入口通路に接続されている。一方の端１１のみが油入口を形成する場合には、他方の端は塞がれている。

チャンバ１０は全体的に円筒形であり、より特に、半径方向に延在する中央隔壁１２によって分離された２つの部分１０ａ、１０ｂを備える。チャンバ１０の側端１１には、チャンバ１０よりも小さい直径を有する孔が設けられており、少なくとも１つのこのような孔は、上記で示されたように油入口を形成する。

参照番号１３が付された線は、チャンバ１０のいわゆる下部点、すなわち遊星キャリア６の回転軸から最も離れた点を形成する。逆に、参照番号１４が付された線はチャンバ１０のいわゆる上部点、すなわち遊星キャリア６のＸ回転軸に最も近い点を形成する。同様に、いわゆる上部領域および下部領域は、それぞれ参照番号１５および１６が付されている。Ｘ軸は、図３のＡ断面内にあるが、図３から図５には示されていない。

作動時、遊星キャリア６の回転によって発生する遠心力の効果の下で、油は半径方向外向きに押されてチャンバ１０内に戻される。したがって、最初にチャンバ１０の下部領域１５が満たされ、次いで上部領域１６が満たされる。

チャンバ１０の部分１０ａ、１０ｂの上部領域１６内に向かって開口する孔１７は、中心壁１２を通る。チャンバ１０の部分１０ａ、１０ｂの下部領域１５内に開口する２つの孔１８は、中心壁１２をさらに通る。孔１８は、図３のＡ平面の両側に、すなわち遊星キャリア６のＸ回転軸を通過しチャンバ１０および対応するピボット５のＹ軸を通過する半径方向平面の両側に位置する。各孔１８の直径は、孔１７の直径よりも小さくてもよい。

主要通路１９は、中央隔壁１２内に半径方向に延在し、ピボット５の外側円筒壁８および孔１７において開口する。

図３から図５の実施形態において、チャンバ１０の各部分１０ａ、１０ｂは二次通路２０ａ、２０ｂをさらに備え、二次通路は、半径方向に延在しピボット５の外側円筒壁８において開口し、チャンバ１０の対応する部分１０ａ、１０ｂの下部点１３において開口する。

各二次通路２０ａ、２０ｂの断面は、主要通路１９の断面よりも小さい。たとえば、主要通路１９の直径はおよそ５ｍｍであり、各二次通路２０ａ、２０ｂの直径はおよそ０．５ｍｍである。

通常作動時、油は、油面がチャンバ１０の上部領域１６内に位置するのに十分な流量でチャンバ１０に入る。油量は、孔１８に起因してかつ孔１７により、チャンバ１０の両方の部分１０ａ、１０ｂ内で等しい。

次いで油は主要通路１９に入り、遠心分離によって境界面９に供給される。

主要通路１９の断面は、ジャーナル軸受の正確な作動を得ていかなる焼き付き現象も回避するように課されたまたは計算された仕様に厚さが対応する油膜を境界面９において得るようなサイズになされる。

潤滑システムの故障の場合、油量は、図３の参照番号２１が付されたレベルに到達するまで急速に減少し、そこからは油はもはや孔１７を通って主要通路１９に入ることができない。この時から、油は二次通路２０ａ、２０ｂを通らなければ（遠心分離の効果の下で）流出することができない。劣化作動のこの段階の間、たとえば３０秒程度の所与の期間にわたってジャーナル軸受の焼き付きを防止するように、十分な量の油が二次通路２０ａ、２０ｂを介して境界面９に到達する。この期間は、たとえば補助ポンプの再始動またはエンジンの停止を可能にするのに十分でなければならない。このため二次通路２０ａ、２０ｂの断面は、所望の時間にわたってこのような劣化モードを許容するように決定される。

図６は別の実施形態を示し、ここでは、各二次通路２０ａ、２０ｂは上述のＡ平面と平行に延在し、このような平面から距離ｄで離間している。これは、各二次通路２０ａ、２０ｂが、最下点１３に対して半径方向内向きにずらされた点において、チャンバ１０の対応する部分１０ａ、１０ｂ内に開口することを可能にする。加えて、二次通路２０ａ、２０ｂはＡ平面の両側に位置決めされている。

図７に示された代替解決策において、各二次通路２０ａ、２０ｂが最下点１３に対して半径方向内向きにずらされた点においてチャンバ１０内に開口し、またＡ平面に沿って円筒形表面８において開口するように、二次通路２０ａ、２０ｂはＡ平面に対して傾斜していてもよい。この場合も、二次通路２０ａ、２０ｂはＡ平面の両側に位置決めされている。

図６および図７に示された実施形態は、粒子が二次通路２０ａ、２０ｂを閉塞させるまたはジャーナル軸受に運ばれることを回避することを可能にする。実際のところ、粒子がチャンバ１０内に放出されると、作動中に、粒子はチャンバ１０の最下点１３、すなわち遊星キャリア６のＸ回転軸から最も離れた点において遠心分離される。二次通路２０ａ、２０ｂの開口が最下点１３に対してずらされているので、粒子は二次通路２０ａ、２０ｂに入り込まずまたは二次通路を閉塞させない。

図８および図９は、遊星キャリア６の２つの異なる停止位置における、図６に示された実施形態によるチャンバ１０を概略的に示す。

図８に示された場合では、Ａ平面は、ｇベクトルによって示された重力場に従って配向されている。チャンバ内に依然として残っている油２２は、重力によって下部域内に落下する。次いで油は二次通路２０ａ、２０ｂを通って流出できるが、二次通路２０ａ、２０ｂおよび最下点１３の開口のずれのため、ある量の油２２が各チャンバ１０内に残る。

このためこのような量の油２２は、その後の再始動段階の間、二次通路２０ａ、２０ｂに入りジャーナル軸受を潤滑することができ、この後に油はチャンバ１０内に供給される。

図９に示された別の場合では、Ａ平面はｇ重力場の方向に対して傾斜している。より特に、油２２は落下して、底部が二次通路２０ａ、２０ｂのうちの１つ、すなわち通路２０ａの開口を備える領域内に戻る。この場合、油はチャンバ１０の一方の部分１０ａを空にし、このような二次通路２０ａを通って流出するが、チャンバ１０の他方の部分１０ｂはある量の油２２を依然として含む。前述同様に、再始動の場合、このような量の油２２は、孔１８を通って一方の部分から他方の部分へ循環し、二次通路２０ａ、２０ｂに入り、ジャーナル軸受を潤滑してもよく、この後に油はチャンバ１０内に供給される。図９に示された場合においてチャンバ１０内に存在する油２２の量は、図８に示された場合よりも多いことに留意されたい。

図１０はまた、別の実施形態を示し、ここでは、上述のように粒子が二次通路２０ａ、２０ｂに入るまたは二次通路を閉塞させるのを防止するように、各二次通路２０ａ、２０ｂはチャンバの内壁２４に対して突起する領域２３においてチャンバ１０内に開口する。

別のタイプの粒子トラップが図１１に示されている。このような実施形態において、チャンバ１０の各部分１０ａ、１０ｂは、チャンバ１０の下部域１５に設けられた溝２５を備え、前記溝２５は互いから軸方向に離間した少なくとも上部域２６および少なくとも下部域２７を備え、溝２５の下部域２７は溝２５の上部域２６よりも遊星キャリア６の回転軸Ｘから半径方向にさらに離れており、溝２５の前記下部域２７はチャンバ１０内の二次通路２０ａ、２０ｂの開口から軸方向に離れている。溝２５はより特に、その上部域２６から下部域２７への通過を可能にする連続段を備える。

このため溝２５は粒子トラップを形成し、粒子トラップは、作動時、粒子を捕捉し対応する二次通路２０ａ、２０ｂの開口から離れる方へ送ることを可能にする。実際のところ、作動時、粒子は最初に遠心分離によって溝２５内に捕捉され、次いで粒子は溝２５の最下域２７に、すなわち二次通路２０ａ、２０ｂの開口から十分に離れた点に（やはり遠心分離によって）徐々に運ばれる。このため、機械を停止の後に再始動させる場合でも、粒子は二次通路２０ａ、２０ｂに到達する前に溝２５内に再び捕捉される。このため、二次通路２０ａ、２０ｂを閉塞させるすべての危険性は回避される。

このため本発明は、信頼性の高い小型の油供給手段が設けられたジャーナル軸受を備える遊星歯車減速機を提供し、油供給手段は油回路の故障の場合に、所定の期間に合わせた十分な油の流れを供給するようになされている。

Claims

同軸の内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）を備える、特にターボ機械用の遊星歯車減速機（１）にして、内部太陽歯車（２）はその軸（Ｘ）を中心に回転可能であり、外部太陽歯車（３）は静止しており、少なくとも１つの遊星歯車（４）は遊星キャリア（６）上で回転して移動可能であるように装着され内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）の両方と噛み合い、遊星キャリア（６）は内部太陽歯車（２）および外部太陽歯車（３）の軸（Ｘ）を中心に旋回することが可能であり、遊星歯車（４）は、遊星キャリア（６）の円筒形表面（８）を中心に回転して移動可能であるように装着された円筒形の内表面（７）を有し、減速機（１）は、前記円筒形表面（７、８）の間の境界面（９）において油を供給するための手段をさらに備える、遊星歯車減速機であって、油供給手段はチャンバ（１０）を備え、チャンバは、遊星キャリア（６）内に設けられ、油のバッファ容積を形成するように意図され、遊星キャリア（６）の回転軸（Ｘ）から離間したいわゆる下部域（１５）と、遊星キャリア（６）の回転軸（Ｘ）に近いいわゆる上部域（１６）と、前記境界面（９）および上部域（１６）において開口する少なくとも１つの主要通路（１９）と、前記境界面（９）および下部域（１５）において開口する少なくとも１つの二次通路（２０ａ、２０ｂ）とを有することを特徴とする、遊星歯車減速機。
チャンバ（１０）が実質的に円筒形であることを特徴とする、請求項１に記載の減速機（１）。
二次通路（２０ａ、２０ｂ）の断面は主要通路（１９）の断面よりも小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載の減速機（１）。
チャンバ（１０）が少なくとも２つの部分（１０ａ、１０ｂ）を備え、部分は互いに対して軸方向にずらされ、チャンバ（１０）の各部分（１０ａ、１０ｂ）の下部域（１５）において開口する少なくとも１つの連通孔（１８）によって一緒に接続されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の減速機（１）。
チャンバ（１０）の２つの部分（１０ａ、１０ｂ）が隔壁（１２）によって分離されており、隔壁は、両方の部分（１０ａ、１０ｂ）を接続し各部分（１０ａ、１０ｂ）の上部域（１６）において開口する孔（１７）を備え、主要通路（１９）は前記孔（１７）内に開口することを特徴とする、請求項４に記載の減速機（１）。
二次通路（２０ａ、２０ｂ）が、チャンバ（１０）の最下点（１３）から半径方向に離れた点においてチャンバ（１０）内に開口することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の減速機（１）。
二次通路（２０ａ、２０ｂ）が、チャンバ（１０）の内壁（２４）に対して突起する領域（２３）においてチャンバ（１０）内に開口することを特徴とする、請求項６に記載の減速機（１）。
チャンバ（１０）の最下点（１３）から半径方向に離れた点において、遊星キャリア（６）の回転軸（Ｘ）を通る半径方向平面（Ａ）の両側に開口する少なくとも２つの二次通路（２０ａ、２０ｂ）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の減速機（１）。
各二次通路（２０ａ、２０ｂ）が、チャンバ（１０）の部分（１０ａ、１０ｂ）内に開口することを特徴とする、請求項５および８に記載の減速機（１）。
チャンバ（１０）がチャンバ（１０）の下部域（１５）に設けられた溝（２５）を備え、前記溝（２５）は互いから軸方向に離間した少なくとも上部域（２６）および少なくとも下部域（２７）を備え、溝（２５）の下部域（２７）は溝（２５）の上部域（２６）よりも遊星キャリア（６）の回転軸（Ｘ）から半径方向にさらに離れており、溝（２５）の前記下部域（２７）はチャンバ（１０）内の二次通路（２０ａ、２０ｂ）の開口から軸方向に離れていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の減速機（１）。